王瑞琦++劉向陽(yáng)

摘 要：以《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》課程為例，在高校工科課程中構(gòu)建思維型課堂。通過(guò) “認(rèn)知沖突”、“社會(huì)建構(gòu)” 和“應(yīng)用遷移”等環(huán)節(jié)，將習(xí)得的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用方法遷移到其他類型總線上，達(dá)到觸類旁通的目的。

關(guān)鍵詞：思維型課堂 高校 工科 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）03（b）-0198-02

該文以《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》課程為例，探索高校工科思維型課堂。眾所周知，“儀表”在生活和生產(chǎn)中隨處在用。在儀表產(chǎn)生初期，人類需在它跟前觀測(cè)或者控制，但有時(shí)儀表不容易接近（如在飛機(jī)內(nèi)部）或現(xiàn)場(chǎng)比較危險(xiǎn)?；诖?，形成學(xué)生的“認(rèn)知沖突”，然后順理成章引入現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS總線），強(qiáng)調(diào)使用“在現(xiàn)場(chǎng)的控制總線”即“現(xiàn)場(chǎng)總線”來(lái)實(shí)現(xiàn)儀表器件的監(jiān)控，而把人從現(xiàn)場(chǎng)解放出來(lái)，如此完成學(xué)生的“社會(huì)建構(gòu)”。最后通過(guò)“應(yīng)用遷移”，將總線應(yīng)用到各行各業(yè)，于是形成用在樓宇自控系統(tǒng)（電梯）上的LONWORKS總線，用在道路交通（汽車）上的CAN總線和用在低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備上的DEVICENET總線等。

1 思維型課堂理論

林崇德等人研究了思維型課堂的基本教學(xué)原理[1]，并指出它包括引發(fā)認(rèn)知沖突，完成社會(huì)建構(gòu)和應(yīng)用遷移等部分，如圖1。該文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線課程，介紹思維型課堂的三個(gè)構(gòu)成要素。

1.1 認(rèn)知沖突

工科學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)，新的理論技術(shù)向?qū)W生提出的新要求和學(xué)生已有的認(rèn)知水平或應(yīng)用能力之間的矛盾，是學(xué)生習(xí)得新知的內(nèi)部矛盾，這里稱之為認(rèn)知沖突。認(rèn)知沖突可以是一個(gè)新的原理，一個(gè)新的結(jié)構(gòu)甚至是原有知識(shí)在新場(chǎng)景下的一種變形。皮亞杰認(rèn)為順應(yīng)或調(diào)節(jié)是解決認(rèn)知沖突的一種有效方法，即個(gè)體遇到新的情境條件下，原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境要求時(shí)，他只能改變已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)以符合現(xiàn)實(shí)環(huán)境的要求。通過(guò)順應(yīng)或調(diào)節(jié)，在解決矛盾中求發(fā)展，達(dá)到認(rèn)識(shí)水平和應(yīng)用能力的提高。

1.2 社會(huì)建構(gòu)

學(xué)習(xí)是一個(gè)主動(dòng)建構(gòu)的過(guò)程。從工科教學(xué)的角度來(lái)講，教師必須恰當(dāng)?shù)亓信e生產(chǎn)生活中的典型結(jié)構(gòu)或應(yīng)用，喚起學(xué)生已有的感性認(rèn)識(shí)，運(yùn)用演示或?qū)嶒?yàn)來(lái)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)新事物的結(jié)構(gòu)、原理和使用方法的認(rèn)識(shí)，著眼于學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”進(jìn)行教學(xué)。

另外，社會(huì)文化環(huán)境影響著學(xué)生的思維發(fā)展和學(xué)習(xí)效果，課堂教學(xué)作為學(xué)生最基本的社會(huì)文化環(huán)境，其質(zhì)量好壞直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。筆者在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的教學(xué)當(dāng)中，著力通過(guò)課堂互動(dòng)來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。一方面采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction，簡(jiǎn)稱CAI），通過(guò)制作Flash動(dòng)畫和采用“藍(lán)箱”錄制教學(xué)視頻和學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望。另一方面設(shè)計(jì)基于PROFIBUS總線的火災(zāi)報(bào)警裝置，在課堂上現(xiàn)場(chǎng)演示。在傳感器端用吹風(fēng)機(jī)吹（溫感）或點(diǎn)煙熏（煙感）使控制端報(bào)警，讓學(xué)生從感官上構(gòu)建起對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)，原理和工作過(guò)程的認(rèn)識(shí)。

1.3 應(yīng)用遷移

應(yīng)用知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題是教學(xué)的最終目的，但真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境可能與課堂教學(xué)有較大差異，這就需要學(xué)生具備應(yīng)用遷移的能力，具備發(fā)散思維能力和解決實(shí)際問(wèn)題的膽量氣魄，能自信、靈活地將所學(xué)方法應(yīng)用滲透到相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)中。筆者在現(xiàn)場(chǎng)總線的教學(xué)中，從頭到尾詳細(xì)介紹一種總線（PROFIBUS總線），當(dāng)學(xué)生對(duì)PROFIBUS總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)搭建，編程過(guò)程非常清楚后，再要求他們用類比思維、遷移思維、發(fā)散思維進(jìn)行應(yīng)用遷移，學(xué)生能較容易地掌握CAN總線、DEVICENET總線和LONWORKS總線等。如果再加強(qiáng)同輩教育，構(gòu)建學(xué)習(xí)小組，應(yīng)用遷移的范圍和深度會(huì)更加廣泛和深刻。

2 構(gòu)建思維型課堂：以《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》課程為例

《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》作為自動(dòng)化專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，對(duì)其教學(xué)改革有很多研究。黑龍江大學(xué)的于浩洋等人提出在該課程的教學(xué)中，因總線涉及種類較多，為避免面面俱到，走馬觀花，選取PROFIBUS總線進(jìn)行專門介紹 。為了更有效率地學(xué)習(xí)，該論文以目前廣泛應(yīng)用的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線為例，由西門子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)作為切入點(diǎn)，探討思維型課堂在《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》課程中的應(yīng)用。

該課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)是介紹現(xiàn)場(chǎng)總線通信的基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)西門子工業(yè)控制系統(tǒng)使學(xué)生掌握PROFIBUS通信系統(tǒng)和上位監(jiān)控系統(tǒng)的建構(gòu)方法，并通過(guò)類比，使學(xué)生明確其他諸如CAN總線、DEVICENET總線和LONWORKS總線等系統(tǒng)的建構(gòu)思路。思維型課堂的實(shí)現(xiàn)主要有三大步驟。

3.1 認(rèn)知沖突：學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)總線概念

在學(xué)生的固有思維中，儀表的監(jiān)控需要人在它跟前觀測(cè)或控制，但事實(shí)上儀表常不容易接近（如在飛機(jī)內(nèi)部）或現(xiàn)場(chǎng)比較危險(xiǎn)，怎么辦？這就是與學(xué)生固有觀點(diǎn)相悖的“認(rèn)知沖突”，由此引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，然后順理成章引入現(xiàn)場(chǎng)總線（PROFIBUS總線），告知學(xué)生將總線留在現(xiàn)場(chǎng)，人在遠(yuǎn)端“觀測(cè)室”進(jìn)行監(jiān)控。

3.2 社會(huì)建構(gòu)：搭建PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)

這是思維型課堂的核心。首先教師講解PROFIBUS通信原理和總線體系結(jié)構(gòu)。將學(xué)生進(jìn)行分組，帶領(lǐng)他們動(dòng)手搭建一個(gè)模擬工業(yè)企業(yè)環(huán)境的PROFIBUS通信系統(tǒng)并調(diào)試完成，初步完成學(xué)生對(duì)新技能的社會(huì)建構(gòu)。

其次，結(jié)合已調(diào)試好的PROFIBUS通信系統(tǒng)，在構(gòu)建好的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)基礎(chǔ)上添加上位機(jī)，對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。至此，充分完成學(xué)生的社會(huì)建構(gòu)。

3.3 應(yīng)用遷移：拓展到其他類型總線

在前面的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用遷移，將已有的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的搭建方法應(yīng)用到CAN總線、DEVICENET總線和LONWORKS總線等系統(tǒng)的建構(gòu)和應(yīng)用中，并在實(shí)踐中總結(jié)它們的特點(diǎn)和優(yōu)劣。

通過(guò)以上四個(gè)步驟，完成了《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》思維性課堂設(shè)計(jì)，最后由任課教師對(duì)學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)搭建和應(yīng)用中遇到的問(wèn)題及解決方案進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)一步鞏固學(xué)生習(xí)得的技能。

4 結(jié)語(yǔ)

《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》是自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)課，當(dāng)前自動(dòng)控制領(lǐng)域離不開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)總線的參與。該文以《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》課程為例，在自動(dòng)化專業(yè)中構(gòu)建以“應(yīng)用型”為目的的“思維型課堂”，經(jīng)教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)，提高了學(xué)生思考問(wèn)題的主動(dòng)性和實(shí)際動(dòng)手能力，收效良好。該研究為高等院校工科類課程的改革提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 林崇德，胡衛(wèi)平.思維型課堂教學(xué)的理論與實(shí)踐[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2010（1）：29-36.